低復(fù)雜度低功耗AVS高清編碼器研究.pdf

1、多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展提升了人們對(duì)于視頻資源的需求，給視頻存儲(chǔ)和傳輸技術(shù)帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。經(jīng)過多年發(fā)展，國(guó)際上通用的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)也經(jīng)歷了數(shù)代的演進(jìn)，在編碼效率方面不斷提升，極大促進(jìn)了視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而國(guó)際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的昂貴專利費(fèi)用給我國(guó)視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了巨大阻礙。為了解決國(guó)際音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)壟斷問題，我國(guó)建立了自己的標(biāo)準(zhǔn)制定團(tuán)隊(duì)數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組工作組（AVS Workgroup of China），并且于2003年提出

2、了第一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)AVS，實(shí)現(xiàn)了與H.264/AVC相當(dāng)?shù)木幋a效率。經(jīng)過多年的發(fā)展，AVS已經(jīng)成為一項(xiàng)國(guó)際音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。隨著對(duì)高清、超高清、3D視頻需求的增加，第二代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)AVS2被提出并且剛剛完成，集合了大量最新視頻編碼技術(shù)，極大提升了編碼效率。AVS系列標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)有著廣闊的發(fā)展前景與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，然而在實(shí)際應(yīng)用中其復(fù)雜度仍然是產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用過程中的一個(gè)嚴(yán)峻問題，尤其是低功耗多媒體平臺(tái)上的應(yīng)用更是有待發(fā)掘。本文從實(shí)際需求出發(fā)，對(duì)這

3、一問題進(jìn)行了研究探索，深入挖掘AVS系列標(biāo)準(zhǔn)從算法到平臺(tái)多層次的優(yōu)化潛能，并針對(duì)性地改進(jìn)了在低功耗平臺(tái)上的高清視頻編碼效率。
　　本文首先簡(jiǎn)要回顧了國(guó)內(nèi)外視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷史，并結(jié)合視頻產(chǎn)業(yè)實(shí)際發(fā)展需求挖掘了我國(guó)AVS系列標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)化過程中面臨的關(guān)鍵問題。在多媒體設(shè)備不斷發(fā)展的背景下，從發(fā)展迅速并且產(chǎn)業(yè)化潛力巨大的低功耗平臺(tái)入手對(duì) AVS系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化，研究我國(guó)AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)在高清視頻與低功耗應(yīng)用場(chǎng)景等需求下的復(fù)雜度難題。在

4、對(duì)AVS與AVS2視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比與分析基礎(chǔ)上，本文詳細(xì)介紹了兩種標(biāo)準(zhǔn)的主要模塊與關(guān)鍵技術(shù)并結(jié)合當(dāng)前研究現(xiàn)狀與應(yīng)用需求對(duì)AVS系列標(biāo)準(zhǔn)從不同層次角度進(jìn)行了優(yōu)化分析，并進(jìn)行了相應(yīng)的研究。
　　對(duì)視頻編碼器的優(yōu)化主要分為算法優(yōu)化和平臺(tái)優(yōu)化兩個(gè)方面，本文基于低功耗平臺(tái)應(yīng)用的要求，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，對(duì)AVS視頻編碼過程進(jìn)行了復(fù)雜度控制，深入研究了AVS編碼器復(fù)雜度相關(guān)參數(shù)與編碼視頻序列特性之間的關(guān)系，建立了基于視頻紋理特性的復(fù)雜度優(yōu)化編碼

5、參數(shù)模式，實(shí)現(xiàn)了低功耗平臺(tái)上在不同編碼場(chǎng)景下的高質(zhì)量快速編碼。結(jié)合平臺(tái)特性，本文更從不同角度對(duì)AVS編碼器進(jìn)行了指令并行與線程并行兩種優(yōu)化，充分利用單指令多數(shù)據(jù)指令集與編碼器線程并行接口對(duì)AVS編碼器實(shí)現(xiàn)了并行優(yōu)化，在低功耗平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了數(shù)十倍的速度提升，編碼功率小于30W，滿足了快速編碼與低功耗運(yùn)行的需求。
　　本文更進(jìn)一步地針對(duì)我國(guó)最新視頻編碼研究成果 AVS2標(biāo)準(zhǔn)從算法角度進(jìn)行了研究與優(yōu)化，針對(duì)其高復(fù)雜度的幀內(nèi)編碼模塊提出了基

6、于紋理信息的幀內(nèi)快速模式選擇與編碼單元?jiǎng)澐炙惴ǎx用梯度信息對(duì)視頻序列進(jìn)行紋理分析，從而對(duì)幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇進(jìn)行預(yù)判與篩選，大幅度減少了模式選擇過程中的計(jì)算復(fù)雜度，并針對(duì) AVS2編碼器的編碼單元遞歸劃分過程采用了由下而上的劃分模式，引入紋理變量對(duì)編碼單元進(jìn)行分類，大大縮短了單元?jiǎng)澐诌^程的非必要計(jì)算。通過實(shí)驗(yàn)證明本文算法能夠在 PSNR降低小于0.05dB的情況下節(jié)省近50%的編碼時(shí)間，大幅提升了AVS2編碼器的編碼效率。
　　綜上